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全固態(tài)鋰電池研發(fā)取得系統(tǒng)性突破！
2026年06月04日 11:24:12
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：5109
中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究團隊建成了國內(nèi)第一套電池原位充放電X射線光電子能譜系統(tǒng)和首個針對全固態(tài)電池的飛行時間二次離子質(zhì)譜原位表征平臺。
電化學(xué)儲能技術(shù)不僅關(guān)乎國家能源安全，也決定著新能源產(chǎn)業(yè)的升級迭代，具有極高的戰(zhàn)略價值和巨大的發(fā)展?jié)摿Α．?dāng)前，液態(tài)鋰離子電池作為儲能領(lǐng)域的中堅力量，面臨能量密度已接近理論極限、有機電解液存在安全隱患兩大瓶頸。
以固體電解質(zhì)替代有機電解液的全固態(tài)鋰電池，有望打破這一困局。2022年，由中國科學(xué)院與財政部聯(lián)合發(fā)起的"穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃"將"比能量倍增的全固態(tài)金屬鋰電池"納入年度科學(xué)問題清單。"比能量"即能量密度，"比能量倍增"意味著同等重量或體積下，電池的儲電能力提升一倍以上。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員郭玉國帶領(lǐng)的青年團隊成功"揭榜"。郭玉國早在2004年至2007年于德國馬克斯·普朗克學(xué)會從事博士后研究期間，便敏銳察覺到全球能源格局的深刻變化，認(rèn)識到電化學(xué)儲能技術(shù)的重要戰(zhàn)略意義。2007年回國后，他在化學(xué)所牽頭組建團隊，研究方向精準(zhǔn)鎖定具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的鋰離子電池及下一代全固態(tài)電化學(xué)儲能前沿技術(shù)。
此后十余年，團隊提出"納米三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)"結(jié)構(gòu)電極材料設(shè)計原理，發(fā)現(xiàn)"納米限域"電化學(xué)儲能效應(yīng)，提出原位固態(tài)化技術(shù)，研制出非對稱多層結(jié)構(gòu)復(fù)合固體電解質(zhì)膜材料。然而，全固態(tài)電池領(lǐng)域最大的"攔路虎"——固-固界面接觸與離子電導(dǎo)相關(guān)問題一直未能解決。
"在充放電循環(huán)中，電極材料的體積膨脹與收縮持續(xù)撕裂界面，導(dǎo)致接觸不斷劣化。鋰金屬負(fù)極與固體電解質(zhì)之間的界面易生成孔洞，且隨循環(huán)進行而逐漸擴大，最終引發(fā)界面接觸失效和性能快速衰減。"化學(xué)所研究員辛森解釋說。
2022年，郭玉國看到清單上的課題后立即申報。經(jīng)過多輪遴選，團隊?wèi){借多年深耕及跨學(xué)科人才優(yōu)勢脫穎而出。在中國科學(xué)院主管部門支持協(xié)調(diào)下，團隊集聚化學(xué)所、中國科學(xué)院物理研究所、長春應(yīng)用化學(xué)研究所、大連化學(xué)物理研究所等多家單位優(yōu)質(zhì)科研力量，由郭玉國"掛帥"，組建起一支平均年齡不超過36歲的高層次跨學(xué)科交叉研究隊伍。
"僅是摸索最基本的電池組裝工藝，團隊就花了整整幾個月時間，才初步建立起可重復(fù)的實驗工藝流程。"化學(xué)所副研究員孟慶海回憶道。無數(shù)次實驗后，化學(xué)所副研究員張娟在一次偶然的數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，可以通過極其精妙的結(jié)構(gòu)調(diào)控，讓界面保持一種"共形"狀態(tài)，"在這個狀態(tài)下，電極和固體電解質(zhì)不再是'敵人'，而是產(chǎn)生了深度的相互作用。"
"青年團隊計劃"面向深耕基礎(chǔ)研究的青年科研團隊，提供為期5年、持續(xù)穩(wěn)定的強力扶持，容許試錯與失敗。得益于此，團隊成功創(chuàng)制多機制協(xié)同的復(fù)合正/負(fù)材料，基于高通量計算研制出新型固態(tài)電解質(zhì)，并搭建原位表征平臺，實現(xiàn)了對電極-電解質(zhì)界面的"實時CT"掃描。
團隊還建成了國內(nèi)第一套電池原位充放電X射線光電子能譜系統(tǒng)和首個針對全固態(tài)電池的飛行時間二次離子質(zhì)譜原位表征平臺。化學(xué)所擁有的400/600兆固體核磁、600兆動態(tài)核極化固體核磁等高端設(shè)備，將原本需要數(shù)周甚至數(shù)月的微觀結(jié)構(gòu)解析壓縮到幾天。
2024年，團隊獲批中國科學(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項。目前，團隊開發(fā)的高容量硅基負(fù)極材料已實現(xiàn)千噸級產(chǎn)能，產(chǎn)品性能處于國際先進水平，并成功應(yīng)用于電池領(lǐng)域頭部企業(yè)。
"全固態(tài)鋰電池一旦研制成功，不僅能實現(xiàn)安全性的質(zhì)的飛躍，更有望使能量密度翻倍。這將是儲能領(lǐng)域的一場革命，有望為國家能源安全和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要技術(shù)支撐。"郭玉國說。
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